книги из ГПНТБ / Бирзниекс, Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока

быть устранен, если применить цепь обратного перезаряда, например, по схеме на рис. 8-1,г. При этом дроссель целесообразно включить последовательно с главным тиристором Т І (рис. 8-1,и) или по схеме

на рис. 8-1,к. В первом случае дроссель перезаряда служит также для ограничения скорости нарастания тока в главном тиристоре ТІ,

а во втором случае, кроме того, устраняются перенапряжения на нагрузке (мгновенные значения напряжения, приложенного к цепи двигателя, не превышают входного напряжения U ) .

Коммутационные процессы -в этих схемах (рис. 8-1,и и к) более

подробно рассмотрены в следующей главе.

Как показано в (Л. 1], в однооперациоиных прерывателях могут быть использованы также дроссели насыщения (рис. 8-1,0 — з). Эти схемы были разработаны в основном для усилителен небольшой мощности [Л. 122]. Целесообразность применения дросселей насыще­ ния вместо обычных дросселей перезаряда (без сердечника) в преры­ вателях средней и большой мощности в каждом конкретном случае можно оценить на основе соответствующего технико-экономического сравнения. Однако, принимая во внимание то, что дроссели прерыва­ теля должны ограничить также скорость нарастания тока в тиристо­ рах, во многих случаях особенно при высоком входном напряжении целесообразнее использовать дроссели перезаряда без сердечника.

чинается не сразу, а после определенного промежутка времени, в те­ чение которого происходит насыщение сердечника дросселя Д Н . Вто­ рой, обратный перезаряд конденсатора по цепи С — Д Н — Д І — С также задерживается на время, необходимое для насыщения Д Н.

Оба перезаряда происходят со сравнительно высокой частотой собст­ венных колебаний, которая определяется индуктивностью рассеяния обмотки дросселя Д Н . Индуктивность рассеяния обмотки дросселя

насыщения обычно значительно меньше индуктивности дросселя без сердечника, и поэтому в тиристоре ТІ и обратном диоде Д І могут

иметь место всплески тока с весьма большой амплитудой, особенно при высоком входном напряжении. Как показано в [Л. 1], эти всплес­ ки тока могут быть устранены, если параллельно дросселю насыще­ ния Д Н подключить дроссель без сердечника L и диод Д 2 (рис. 8-1,е).

В этой схеме первый перезаряд конденсатора С происходит по цепи

с — ті —ь — дг —с.

Ввиду наличия некоторой индуктивности рассеяния обмоток дрос­ селя насыщения Д Н в схемах на рис. 8-1,5 и е, так же как в схемах ■на рис. 8 -1 ,<з, г, коммутирующий конденсатор заряжается до большего напряжения, чем U. Этого можно избежать, если дроссель насыщения

включить так, как показано на рис. 8-1,яг. Если, кроме того, на сер­ дечнике дросселя насыщения разместить обмотки в несколько витков с. током цепи нагрузки (рис. 8 -1 ,з), то продолжительность времени

насыщения и, следовательно, продолжительность импульса выходного напряжения прерывателя становятся функцией тока нагрузки. Это может способствовать ограничению аварийных и перегрузочных сверхтоков в цепи нагрузки. Коммутационные процессы одноопера­ ционных прерывателей с дросселями насыщения (рис. 8-1,5—з) бо­

лее подробно рассмотрены в (Л. 1].

181

8-2. ДВУХ- И ТРЕХОПЕРАЦИОННЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ПРЕРЫВАТЕЛИ

а) Схемы с трансформаторной коммутацией

Два примера схем с трансформаторной коммутацией показаны на рис. 8-2,а и б. В этих схемах цепь принудительного запирания глав­ ного тиристора Т1 гальванически отделена от основной цепи и пи­

тается от отдельного источника питания постоянного тока с напря-

Рис. 8-2. Схемы двухоперационных прерывателей с трансформаторной (а, б) и последовательно-ин­

дуктивной (в) коммутацией.

182

жением U и. В схеме на рнс. 8-2,а тиристоры 77 н ТЗ отпираются одновременно. При этом к нагрузке Я — OB прикладывается напря­ жение U, а коммутирующий конденсатор С заряжается через дрос­ сель L. Запирание главного тиристора 77 осуществляется после отпи­ рания Т2, когда происходит разряд конденсатора С через первичную обмотку импульсного трансформатора Тр. Схема на рис. 8-2,6 [Л. 36]

отличается от предыдущей тем, что коммутирующий конденсатор С имеет независимый подготовительный заряд и запирание главного

наоборот, в низковольтных схемах с большими токами нагрузки. В этих случаях питание узла коммутации напряжением другой вели­ чины может обеспечить лучшее использование коммутационных тири­ сторов и диодов по току и напряжению и, следовательно, привести

к уменьшению габаритов и веса вспомогательных элементов преобра­ зователя. Однако для этого требуется независимый источник постоян­ ного тока и поэтому применение трансформаторной коммутации на транспортных средствах затруднено. Ряд исследований в этой обла­ сти отражен в [Л. 98, 36].

б) Схема с последовательно-индуктивной коммутацией

Так называемая последовательно-индуктивная коммутация по своему принципу в некоторой степени подобна трансформаторной коммута­ ции (рис. 8-2,б). Здесь последовательно с главным тиристором 77 (который в данном случае-включен после нагрузки) вместо обмотки трансформатора включена индуктивность Ы , к которой при переза­ ряде коммутирующего конденсатора С по цепи С — Т2 — L2 ■— L1 — С

прикладывается напряжение, обеспечивающее обратное напряжение на главном тиристоре 77. В [Л. 132] подробно рассмотрены комму­ тационные процессы в этой схеме и показано, что основным недо­ статком последовательно-индуктивной коммутации является то, что

жена сумма входного напряжения U и напряжения на индуктивно­ сти L1. Суммарное напряжение может достичь тройного значения

входного напряжения. Схемы с последовательно-индуктивной комму­ тацией нашли применение в низковольтных машиностроительных приводах с широким диапазоном регулирования скорости.

б) Схемы с параллельно-емкостной коммутацией

Наиболее широкое развитие и применение получили двухоперациониые тиристорные прерыватели с так называемой параллельно-емкост­ ной коммутацией. При этом, так же как в однооперационных преры­ вателях, коммутирующая емкость С может быть подключена либо

183

двойного входного напряжения U. Запирание тиристора 77 происхо­

[Л. 56]. Для получения более жесткой внешней характеристики эта схема также может иметь независимую от тока нагрузки цепь пере­ заряда L 1 — Д І . Основным недостатком схем на рис. 8-3,о — а, где

коммутирующий конденсатор подключен параллельно нагрузке, мож­ но считать то, что при этом конденсатор должен быть выбран на напряжение, вдвое превышающее U. Этот недостаток устранен з по­

следующих схемах, где конденсатор включен параллельно основным тиристорам и заряжается только до величины входного напряжения U (за исключением схем на рис. 8-4,6 — г и ж).

В схеме на рис. 8-3,г подготовительный перезаряд конденсатора

ционные процессы в схеме па рис. 8-3,г рассмотрены в [Л. 8 ], а прин­ цип действия схемы с независимым контуром перезаряда L 1 — Д І

описан в [Л. 131].

В рассмотренных схемах (рис. 8-3,а — г) напряжение к цепи дви­ гателя приложено II во время подготовительного перезаряда (заря­ да) коммутирующего конденсатора. Этим перезарядом (зарядом) ограничивается минимально возможная продолжительность импульса выходного напряжения прерывателя и, следовательно, ограничивается диапазон регулирования при заданной частоте. Подготовительный пе­ резаряд коммутирующего конденсатора можно исключить в схеме на рис. 8-3,6 ]Л. 129], однако для этого требуется большее количество тиристоров. Поэтому целесообразно перемести подготовительный пе­ резаряд на интервал паузы, что может быть осуществлено при помо­ щи трехоперационной схемы, приведенной на рис. 8-3,е [Л. 118]. Однако в этой схеме необходим дополнительный тиристор ТЗ, а вспо­ могательный тиристор Т2 должен быть рассчитан на двойное входное напряжение U. Кроме того, в схеме на рис. 8-3,е, так же как в схе­ мах на рис. 8-3,s и г, для получения более жесткой внешней харак­

теристики необходимы два дросселя перезаряда. На рис. 8-3,ж, з показаны два варианта схем, где независимая от тока нагрузки цепь перезаряда может быть образована при помощи одного дросселя перезаряда. Так, в схеме на рис. 8-3,ж одновременно с главным ти­ ристором 77 отпирается тиристор ТЗ и подготовительный перезаряд конденсатора происходит по цепи С — Т І — L — ТЗ — С.

Второй, основной, перезаряд конденсатора осуществляется по це­ пи С — Т2 — L — Г4 — С. В трехоперациочной схеме на рис. 8-3,з,

так же как в схеме на рис. 8-3,е, подготовительный перезаряд кон­

должны быть рассчитаны на двойное входное напряжение U, которое к ним прикладывается по цепи U — С— Т2 — Д — U после подгото-

184

Рис. 8-4. Схемы двухоперационных прерывателей с параллель­ но-емкостной коммутацией (продолжение).

186

вительного перезаряда. Однако при этом требуется только один дрос­ сель перезаряда.

В двухоперацпоипоп схеме на рис. 8-4,а [Л. 44] подготовитель­ ный перезаряд конденсатора осуществляется непосредственно перед запиранием главного тиристора 77 по цепи С — 7 — Т2 — С. Основ­

ной перезаряд, в течение которого восстанавливаются запирающие

кой внешней характеристикой. Жесткую внешнюю характеристику можно получить добавлением обратного вентиля Д1.

На рис. 8-4,6, в показаны два примера схем с так называемым

дроссельным зарядом коммутирующего конденсатора. Здесь также

процесс основного перезаряда заканчивается через нагрузку. Ввиду наличия дросселя 7(72) в цепи коммутирующего конденсатора (а также дросселя 7 7 на выходе прерывателя) в схемах рис. 8-4,6, в

конденсатор С в конце основного перезаряда заряжается до боль­ шего напряжения, чем U. При этом превышение напряжения на

конденсаторе С тем больше, чем больше ток нагрузки. Это можно считать положительным свойством прерывателя, так как при случай­ ном повышении тока нагрузки увеличивается также его коммутацион­ ная способность. Однако это приводит также к неконтролируемому повышению напряжения на тиристорах и неуправляемых вентилях. Поэтому вопрос о применении дроссельного заряда конденсатора не­

трансформатора АТр может быть обеспечен заряд конденсатора на

повышенное напряжение в функции тока нагрузки. При отпирании главного тиристора 77 ток, протекающей по одной части (а>і) обмо­ ток АТр, способствует перезаряду конденсатора по цепи С ■— 77 — 0)2 — Д 1 — С, а при запирании 77. когда конденсатор перезаряжает­ ся по цепи С — Т 2 —- W i — Я — ОБ — U — С через нагрузку индук­

тивность обмоток а'і обеспечивает заряд конденсатора на более вы­ сокое напряжение, чем U. Обратный разряд конденсатора' через

к их тиристорам не приложено обратное напряжение; прямое напря­

187

В силу упомянутых преимуществ схемы на рис. 8-4,6, е пред­

ставляют определенный практический интерес.

Поэтому коммутационные процессы в них исследованы более по­ дробно в следующей главе.

В целях уменьшения минимальной продолжительности импульса выходного напряжения прерывателя и, следовательно, расширения диапазона регулирования выходного напряжения (при неизменной ча­ стоте) на входе прерывателей (рис. 8-4,6, е) может быть включен дроссель насыщения Д Н (рис. 8-4,ж) или дополнительные тиристо­ ры ТЗ (рис. 8-4,з). Дроссели насыщения и дополнительные тиристоры

могут быть применены в обоих вариантах схем (рис. 8-4,ж, з ) . Прин­ цип действия этих прерывателей изложен в [Л. 4] и может быть по­ яснен диаграммами на рис. 8-5. Дроссель насыщения Д Н рассчитан

менный промежуток времени Ад.н после отпирания главного тиристо­ ра Т1. В таком случае при малых значениях коэффициента заполне­

ния к нагрузке прикладывается лишь весьма небольшое напряжение

Обратное перемагничивание дросселя насыщения Д Н происходит при частичном разряде конденсатора С по контуру С — Д Н — U — Д — Д 2 — С, так как ввиду наличия индуктивности рассеяния обмоток Д Н

188

77

6)

Рис. 8 -6 . Схемы двухфазных двухоперационных преры­

вателей с разделяющими дросселями Іоі и іог-

189'

женил Но осуществляется так же, как в схемах на рис. 8-4, д, е, т. е.

ная продолжительность импульса выходного напряжения л,а мин мо­

жет быть значительно уменьшена и, следовательно, регулирование выходного напряжения в заданном диапазоне осуществлено при более высокой рабочей частоте прерывателя. В схеме на рис. 8-4,ж регули­ рование на начальном этапе может быть названо амплитудно-широт­ ным, так как в процессе регулирования изменяется также амплитуда импульса выходного напряжения.

Схема на рис. 8-4,з (с дополнительным тиристором ТЗ) относит­

ся к категории трехоперационных.

8-3. ДВУХ- И ТРЕХОПЕРАЦИОННЫЕ ДВУХФАЗНЫЕ ПРЕРЫВАТЕЛИ

Примеры схем двухфазных прерывателей, в которых моменты отпи­ рания II запирания главных тиристоров одной параллельной цепи (например, Т2) сдвинуты относительно моментов отпирания и запи-

(рис. 8 -6 ) могут осуществлять изменение коэффициента заполнения

для каждой фазы теоретически от нуля до 1, а вторые (рис. 8-7) —

190